Acoustic and ultrasonic characterization of wood products and composite materials

Caractérisation acoustique et ultrasonore des produits bois et composites

Loic Brancheriau (1)

1 UPR BioWooEB - BioWooEB

Wood and composite characterization by the use of mechanical waves is the aim of the works presented. This characterization is achieved by the union of several scientific disciplines: Physics of elastic waves, wood science, signal processing, applied mathematics, statistics, and physical measurements. From a fundamental point of view, it comes then to understand the wave-matter interaction by the direct problem resolution: knowing the state of the physical object and the initial wave impulse, am I able to determine the dynamic response of the object? Then to characterize material properties or to identify heterogeneities by solving the inverse problem: knowing the initial wave impulse and the dynamic response of the material object, am I able to know the state of the object? The discussed problem has multiple facets. Each case of non-destructive testing is in fact unique and how to resolve depends on both the object itself and its context (industrial or scientific). There are also several resolution methods that are sometimes only in common the physics of elastic wave and the object itself (as well as it is possible to solve a problem in very different ways). The works presented are organized as: the characterization of one-dimensional and two-dimensional imaging, the acoustic and ultrasonic waves, the qualitative and quantitative determinations. The results allow exposing the key achievements and some approaches still to explore. The dynamic response can be defined by its spectrum in frequency, by the evolution of this spectrum in time or by a small number of descriptors summarizing vibratory information. The use of statistical methods was necessary to link this information to the intrinsic properties. From this point of view, a spectrum of absorbance in near-infrared spectroscopy is similar to a spectrum of acoustic vibration; the same numerical methods can be used.

La caractérisation des produits bois et composites par l'utilisation d'ondes mécaniques constitue la problématique des travaux présentés. Cette caractérisation n'est possible que par l'union de plusieurs disciplines scientifiques : la physique des ondes élastiques, la science du bois, le traitement des signaux, les mathématiques appliquées, les statistiques et les mesures physiques. D'un point de vue fondamental, il s'agit alors de comprendre l'interaction onde-matière par la résolution du problème direct : connaissant l'état de l'objet matériel et la perturbation initiale, suis-je capable de connaître la réponse dynamique de l'objet ? Puis de caractériser les propriétés matérielles ou d'identifier les éventuelles hétérogénéités par résolution du problème inverse : connaissant la perturbation initiale et la réponse dynamique de l'objet matériel, suis-je capable de connaître l'état de l'objet ? La problématique abordée comporte de multiples facettes. Chaque problème de contrôle non destructif est en fait unique et la manière de le résoudre dépend autant de l'objet lui-même que de son contexte (industriel et/ou scientifique). Il existe également plusieurs méthodes de résolution qui n'ont parfois de commun que la physique des ondes élastiques et l'objet lui-même (de même qu'il est possible de résoudre un problème en dynamique de manière très différente). Les travaux présentés sont organisés en dissociant de manière hiérarchique : la caractérisation unidimensionnelle et l'imagerie bidimensionnelle ; les ondes acoustiques et les ondes ultrasonores ; les déterminations quantitatives et les aspects qualitatifs. Les résultats obtenus permettent d'exposer les principaux acquis et certaines voies restant à explorer. La réponse dynamique peut être définie par son spectre en fréquence, par l'évolution de ce spectre dans le temps ou par un petit nombre de descripteurs résumant l'information vibratoire. L'utilisation de méthodes statistiques est alors nécessaire pour mettre en relation cette information et les propriétés intrinsèques recherchées. De ce point de vue, un spectre d'absorbance en spectroscopie proche infrarouge est analogue à un spectre de vibration acoustique ; les mêmes méthodes numériques peuvent être utilisées.

Mots clés: Acoustics; Ultrasound; Wood

Mots clés: Acoustique; Ultrasons; Bois

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]; Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Loic Brancheriau. Caractérisation acoustique et ultrasonore des produits bois et composites. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. ⟨tel-00782848⟩